不同品種葡萄1年生枝的導管分子形態

王 浩，齊永順，張京政，謝兆森

(河北科技師范學院園藝科技學院，河北 秦皇島，066600)

植物的組織結構與功能是密切相關的，在葡萄抗寒性研究中發現，不同抗寒性葡萄枝條結構差異明顯，而組織結構失水是影響葡萄抗寒性的重要因素。地上部分水分的保持對于葡萄安全越冬十分重要，冬季葡萄地上部分水分強烈散失容易使莖因失水發生凍害。植物莖蒸騰所散失的水分直接或間接地來自莖木質部導管［1］。導管分子是植物木質部輸導水分和礦質營養的基本結構單位，其直徑的大小對木質部水分輸導效率具有重要影響［2］。分別對秦皇島地區抗寒葡萄(不需埋土防寒越冬)和非抗寒葡萄(需埋土防寒越冬)1年生枝條導管分子進行觀察，比較導管結構和類型差異，以期為葡萄枝條導管分子與葡萄抗寒性關系研究提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

試驗材料由河北科技師范學院園藝實驗站提供，2011年11月15日分別取長勢、粗度一致的貝達、龍紫寶、北玫、馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠6個葡萄品種(系)的1年生枝進行試驗。

1．2 試驗方法

田間試驗于2012年在河北科技師范學院園藝試驗站進行，室內試驗在園藝實驗室進行。

1．2．1 葡萄品種抗寒性鑒定 6種試驗材料分別在0，－15，－25，－35℃低溫條件下處理12 h。然后將材料進行沙藏處理［3］，第2年春季進行扦插試驗，采用隨機區組排列，每個處理扦插30株，重復3次，統計成活率。

1．2．2 導管觀察 將1年生枝條第4節間和第5節間木質部切削成長1 cm，粗0．5 mm的小條，充分混勻;采用郭學民等［4］解離制片方法制片，在顯微鏡下觀察并照相。隨機選取100個導管分子，測量其長度、直徑、兩端斜度，并統計兩端尾數。采用李正理［5］石蠟切片法對1年生枝進行橫切，觀察橫截面導管分布。

以上數據應用DPS v3．01專業版數據處理系統進行統計分析。

2 結果與分析

2．1 葡萄抗寒性分析

扦插試驗結果表明，6個葡萄品種枝條在0℃時，生根率和萌芽率均在80%以上未受低溫傷害(表1);在－15℃下，龍紫寶和貝達生根率仍達到88．9%和78．8%，顯著高于其他品種，而赤霞珠、梅鹿輒、馬瑟蘭等3個品種大幅下降到21．1%～25．6%，已經嚴重受凍;在－25℃時，只有龍紫寶、貝達、北玫3個品種生根;在－35℃下6個品種都沒有生根。萌芽率的調查結果與生根率相似，但在0℃以下，萌芽率明顯小于生根率。在－25℃時只有龍紫寶和貝達萌芽，并且龍紫寶的萌芽率顯著低于貝達，分別為2．2%和9．8%。所以6個葡萄品種抗寒性由強到弱為貝達、龍紫寶、北玫、馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠。

表1 低溫處理后葡萄生根率和萌芽率 %

2．2 導管類型

葡萄枝條中含有多種類型導管，導管類型除了在長度和直徑上有較大差異之外，根據導管兩端端臂斜度，可以分為兩端傾斜、一端傾斜一端水平、兩端水平(斜度小于15°視為水平)3種類型;根據導管兩端具尾情況，可以分為兩端無尾、一端具尾一端無尾、兩端具尾3種類型。離析材料中，發現多種導管類型，(1)兩端有尾、兩端傾斜(圖1);(2)一端有尾、兩端水平(圖2A，圖2B，圖2E);(3)一端有尾、一端傾斜(圖2C，圖2F，圖2G);(4)一端有尾、兩端傾斜(圖2D，圖2H，圖2I，圖2J，圖2K，圖2L);(5)兩端無尾、兩端水平(圖3A，圖3B);(6)兩端無尾、一端傾斜(圖3D，圖3E);(7)兩端無尾、兩端傾斜(圖3C，圖3F，圖3G，圖3H，圖3I，圖3J);所有導管中大部分為網紋導管(圖4A，圖4B，圖4C，圖4D)，一小部分導管為螺紋導管(圖4E，圖4F，圖4G，圖4H);大部分導管兩端為單穿孔板(圖5B)，一小部分導管為一端雙穿孔板(圖5A，圖5C，圖5D)。每一種導管在抗寒性不同的葡萄中所占比例也不相同。

圖1 兩端有尾導管類型

2．3 導管的長度和直徑大小

分別測量6個葡萄品種枝條100個導管的長度、直徑，求平均值，進行顯著性分析，可以看出貝達、北玫、龍紫寶(抗寒)平均長度顯著小于馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠(非抗寒)導管平均長度，其中龍紫寶導管平均長度最小。貝達、北玫、龍紫寶(抗寒)的導管平均直徑顯著大于馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠(非抗寒)導管平均直徑，其中龍紫寶平均直徑最大。

6個葡萄品種枝條中導管分子平均長度和直徑差異顯著(表2)，龍紫寶和貝達的導管平均長度顯著小于其它品種，北玫居中，馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠導管長度顯著大于龍紫寶。在導管直徑的比較中，龍紫寶導管平均直徑最大，赤霞珠最小。

2．4 導管長度和直徑分布

6個葡萄品種枝條導管長度在301～450 μm范圍所占的比例最高，其中抗寒品種達到54．1%～65．2%，比非抗寒品種高12．8%～17．2%;在451～600 μm 和601～750 μm 范圍內抗寒品種枝條導管長度都顯著高于非抗寒品種，在451 μm以上時，抗寒品種所占比例為30．5%～36．3%，比非抗寒品種低16．3%～16．7%。抗寒品種中短導管所占比例顯著高于非抗寒品種(表3)。

在不同抗寒性的葡萄中，不同直徑導管所占比例差別較大(表3)，6個品種導管直徑在51～100 μm范圍所占比例最高，抗寒品種為44．5%～50．7%，非抗寒品種為65．3%～72．7%，抗寒品種導管比例比非抗寒品種低20．8%～22．0%;導管直徑在101～150 μm 范圍內，抗寒品種導管比例為31．3%～36．9%，非抗寒品種導管比例為15．7%～25．1%，抗寒品種導管比例比非抗寒品種高11．8%～15．6%，在150 μm以上抗寒品種導管比例為9．7%～11．7%，非抗寒品種導管比例在2．9%以下。抗寒性強的品種中直徑大的導管所占比例大。

圖2 一端有尾導管類型

圖3 兩端無尾導管類型

圖4 網紋導管和螺紋導管類型

圖5 穿孔板數量不同的導管類型

表2 導管分子的長度和直徑 μm

表3 導管分子的長度和直徑分布比例 %

2．5 導管兩端傾斜度

6個葡萄品種枝條導管兩端斜度在兩端水平導管類型中貝達、馬瑟蘭、赤霞珠導管所占比例高于其它3個品種(圖6);在一端傾斜導管類型中，抗寒品種導管比例高于非抗寒品種;在兩端傾斜導管類型中抗寒品種導管斜度明顯小于非抗寒品種，在15～30°范圍內抗寒品種導管所占比例為39%～53%，比非抗寒品種高19%～24%;在30°以上范圍內抗寒品種導管所占比例為29%～36%，比非抗寒品種低23%～24% 。

圖6 導管兩端斜度分布情況

2．6 導管具尾數量

抗寒葡萄與非抗寒葡萄導管具尾情況差別較大，在兩端具尾導管類型中，抗寒品種導管所占比例為11%～14%，非抗寒品種導管所占比例為24%～36%(圖7);抗寒品種比非抗寒品種低13%～22%;在兩端無尾導管類型中，抗寒品種導管所占比例為60%～70%，非抗寒品種導管所占比例為31%～43%，抗寒品種比非抗寒品種高27%～29%。抗寒品種無尾或單尾導管所占比例大。

2．7 導管的密度和分布規律

通過石蠟切片觀察6種葡萄枝條橫截面顯微結構(圖8)，計算6種葡萄品種導管密度(表4)。結果表明，3個抗寒品種導管密度均顯著小于3個非抗寒品種，龍紫寶和貝達導管密度最小。通過觀察，橫截面上的導管直徑由內向外遞增，抗寒品種導管并沒有分布到木質部邊緣，且韌皮部較厚，有3～4層質密的細胞將導管包圍在木質部內;而非抗寒葡萄品種導管幾乎分布到木質部邊緣，韌皮部較薄，只有1～2層質密細胞。導管的這種分布規律可以提高抗寒性強的品種枝條保水能力。

圖7 導管具尾情況

圖8 葡萄莖的橫截面(50×)

3 討 論

3．1 導管類型多樣性的形成

植物的結構和功能是密切相關的，葡萄在不同環境中經過長期進化，為適應環境變化［6］，導管進化和分化程度不同，從進化角度看，導管長度短的比導管長的進化，導管直徑粗的比細的進化，導管兩端斜度小的比斜度大的進化，無尾比有尾進化［7］。在不同溫度、水分等條件下，導管結構分化也會有所差異［8］。葡萄中含有多種類型導管，是對環境長期適應的結果。而在不同環境條件下，不同導管類型所占比例不同，可見不同類型導管在功能上是不同的。

表4 葡萄枝條中導管密度

3．2 不同抗寒性葡萄枝條導管結構差異

3．2．1 導管的長度與直徑 導管的主要功能是輸導水分和無機鹽，從試驗結果分析，抗寒品種與不抗寒品種所含導管結構比例上差異較大，從導管長度看，抗寒品種顯著小于非抗寒品種，在長度分布比例上抗寒品種短導管所占比例均高于非抗寒品種;從導管直徑看，無論是平均直徑還是比例分布，抗寒品種導管直徑均大于非抗寒品種。葡萄能否安全越冬的一個重要制約因素是水分的供應，抗寒品種的粗導管特性可以提高輸水效率，在冬季和早春保證植株對水分的需要，這與肖嘯、郭學民等［9］的研究結果一致。試驗中還發現大多數粗導管長度都較短，這可能是因為導管的加粗生長和加長生長互相制約，兩者呈負相關關系，所以抗寒性強的品種具有粗導管性和短導管性。

3．2．2 導管的兩端斜度和具尾情況 導管是由又細又長的管胞進化形成的［10］，管胞分子兩端是封閉的，兩端尖銳呈尾狀，水分在管胞間的運輸是通過滲透進行的，導管分子兩端溶解形成穿孔板，如果分化導管分子的細胞兩端溶解不徹底，導管分子形成后兩端穿孔板斜面角度就大并且具尾，兩端穿孔板［11，12］斜面角度大并且具尾的導管穿孔板直徑大多小于導管直徑，對水分的運輸有阻礙作用。研究發現兩端斜度大和具尾的導管長度大，直徑較小，而導管兩端水平、無尾的導管長度短、直徑較大，這和導管的進化程度一致。在抗寒品種中兩端斜度小、具尾數量少的粗導管所占比例大，有利于水分的運輸。

3．3 導管的密度和分布與抗寒性關系

導管直徑大、導管分布范圍小是導致抗寒性葡萄導管密度小于非抗寒性葡萄的原因，葡萄導管直徑大促進水分運輸的同時，必然容易失水導致抽條。試驗發現抗寒品種導管并沒有分布到木質部外緣，且韌皮部較厚，韌皮部內側有3～4層質密的細胞;而非抗寒品種導管幾乎分布到木質部邊緣，韌皮部較薄。抗寒品種的這種結構特性能夠有效防止水分的散失。這種結構可能是抗寒品種葡萄可以不埋土防寒越冬的關鍵因素。

4 結 論

在葡萄枝條中有多種類型導管，每種類型導管在抗寒性不同的葡萄枝條中所占比例差異顯著，抗寒葡萄枝條中導管平均長度短，直徑大，導管密度小，并且長度短、直徑大、端壁斜度小、無尾的導管類型所占比例大。這種導管結構有利于提高水分運輸效率，保證葡萄越冬期間對水分的需要。葡萄枝條中導管分子的形態差異可以作為評價葡萄抗寒性的一項指標。

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